高分子物理课件11聚合物表面与界面

许多固液界面张力介于两者的表面张力值之间，若 固体的表面张力小于液体的表面张力，则θ＞ 90°，液体不
能润湿固体。如不粘锅，20℃时，聚四氟乙烯表面张力为 23.9mN/m，鸡蛋清为70mN/m，金属一般大于1000mN/m。
11 聚合物的表面与界面
§11.3 聚合物表面与界面的动力学
聚合物最外层分子运动能力的提高使表面官能团可 以据接触介质的性能发生翻转转变为可能。
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五、弹性体胶粘剂 日常生活中使用最广泛，如压敏胶带。 具有干粘性与永久粘性，只需用手指的压力即可粘
结，不需要其他能源来活化，具有足够的粘结强度粘结 在被粘物上，具有足够的内聚强度，能够完全从被粘物 上剥离。
其粘性是通过向弹性体中加某种小分子物质产生的， 小分子物质称为增粘剂。
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§11.5 固体-高分子溶液界面
一、高分子在固体表面的吸附 （一）吸附作用 1、吸附使构象熵减小，不利吸附。 2、高分子与固体表面作用力，有利于吸附，是高分子 吸附的驱动力。 （二）吸附在固体表面的高分子构象类型 1、尾：未被吸附的自由末端。
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2、列：由与表面直接接触的一些链段构成。 3、圈：两端吸附在表面上，中间链段未吸附。 随浓度升高，列状构象数减少，圈状构象数增多。
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§11.1 聚合物表面与界面
表面（surface):暴露于真空的材料最外层部分。 界面（inteface):不同物体或相同物质不同相间相互接触
的过渡部分。 表面处理：用化学或物理方法改变表面分子的化学结构， 来提高或聚合物表面张力
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§11.2 聚合物表面与界面的热力学
二、高分子在胶体体系中的应用 1、胶体：带电颗粒吸引溶液中带相反电荷的反离子， 在其表面及周围溶液中形成双电层结构，使颗粒间产生 排斥力，从而保证胶体的稳定。 2、高分子对胶体的作用 （1）高分子被接枝或吸附到胶体颗粒表面
11 聚合物的表面与界面 当d＜2L时，会引起两颗粒间高分子浓度局部升高，
高分子间相互排斥，使体系混合自由能增大；当d＜L时， 颗粒上高分子链被另一颗粒挤压，引起弹性形变，产生 弹性排斥力，这两种因素对胶体颗粒产生位阻排斥力， 有利于提高胶体稳定性。 （2）溶解于胶体分散介质中的高分子
如聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA），与空气接触， 憎水的甲基暴露于界面，当与水接触时，亲水的羟基暴 露于界面。再如聚苯乙烯薄膜的Tg随厚度的降低而下降。
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§11.4 聚合物共混界面
聚合物共混界面：两相间过渡区，组成与结构逐渐 变化。
界面厚度由链构象熵和不同种类链段间作用能来决 定，链的构象熵有利于形成厚的界面，而链段间作用有 利于形成一个窄的界面。
11 聚合物的表面与界面 五、表面电晕处理
利用电晕效应通过高能电磁场，使聚合物离子化的 一种表面改性，可以在常压及相对较低的温度下进行。
产生的自由基与氧反应形成含氧官能团。
六、表面金属化 将金属利用Joule作用或电子束激发沉积到聚合物表
面形成金属涂层。常见的是Al沉积到塑料薄膜表面，用 于电子封装或包装领域，起阻隔或装饰作用。需真空， 蒸发作用有方向性，所以聚合物需要有简单的几何外形。
11 聚合物的表面与界面 2、化学键的产生：用化学或辐射方法使聚合物产生反 应性基团。
三、火焰处理 将含氧官能团引入聚合物表面，改进聚合物表面的
可印刷性及与涂料的粘合性。 四、等离子体处理
需真空，处理后的表面更均匀，且不影响材料的本 体性能。
等离子体：气态的带电粒子（正负离子、电子、自 由基等）。
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4、界面张力（与共混体系有关） （1）存在上临界共溶温度的体系，随温度升高，界面 张力降低。 （2）存在下临界共溶温度的体系，随温度降低，界面 张力降低。 （二）润湿
sv sl lv cos
（1）θ＜90°，润湿。 （2） θ＞ 90°不润湿。
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三、粘结薄弱层及内应力 1、薄弱层：低内聚强度。 2、内应力的产生： （1）固化过程中胶粘剂体积收缩； （2）胶粘剂与基体线形膨胀系数不同。
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3、减小内应力的措施 （1）降低固化过程的收缩率； （2）提高内应力松弛速率，如加增塑剂或与弹性体混 合来降低弹性模量； （3）消除胶粘剂同基体间线形膨胀系数的差异； （4）用热处理消除热应力。 四、结构胶粘剂 内聚强度高，可达6.9MPa，用来粘结结构材料。常用 热固性交联聚合物。
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在胶体颗粒间会产生拉近的“桥接力”，而使胶体 颗粒发生凝聚沉降。如水的纯化过程中就利用了高分子 的这一特性。 另外溶解于分散介质中的不被吸附的高分 子还会使胶体颗粒间产生“排空力”这种吸引力，而使 胶体不稳定。
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§11.6 聚合物表面改性技术
一、分类 1、直接改变材料原有表面的化学组成。 2、在原有表面上添加其他种类的材料，从而获得所添 加材料的表面性能。 二、表面接枝 1、定义：将第二种高分子链通过化学键连接到原有的 基体聚合物表面，从而获得枝高分子链的表面性能。
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§11.8 粘接
一、胶粘剂的分类 1、通过溶剂蒸发固化。如动物胶、淀粉、PVA、聚乙 酸乙烯酯。 2、通过化学反应固化，如环氧树脂、酚醛树脂。 3、通过相转变固化，如聚乙酸乙烯酯热熔胶。 二、粘结理论与机理 1、机械粘接，起辅助作用。
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2、扩散机理，只对聚合物/聚合物粘结体系有效。（某 些体系很重要） 3、静电力作用。界面上存在双电层（具有一定作用）。 4、化学作用力。化学键力、范德华力（普遍）。
一、表面张力与润湿 （一）表面张力 1、定义： 表面层分子受到不对称力场的作用，产生总 的合力表现为指向体相内部的拉力。使液体表面紧缩， 沿液体表面，垂直作用于单位长度的力。方向与物体表 面平行，对于弯曲表面则与表面相切。 2、比表面功：增加单位面积所需的可逆非体积功。
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3、影响表面张力因素 （1）温度：温度越高，表面张力降低，温度高时表面 张力接近，甚至接近于小分子的液态。P302表11-1 （2）聚集态：固态表面张力大于液态。 （3）分子间作用力：越大，表面张力越大。 （4）基团极性：具有极性基团聚合物的表面张力 大于 非极性的。 （5）分子量：一般分子量越大，表面张力越大。 （6）聚合物密度：密度越大，表面张力越大。
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11 聚合物的表面与界面
1、酚醛树脂：由甲醛和苯酚合成，用于家具材料粘结， 强度高，但固化温度高，较脆。 2、蛋白质：血液、乳液、结缔组织及黄豆。胶原基胶 粘剂。无法忍受恶劣环境，如室外。 3、环氧树脂：由酚与环氧氯丙烷合成，用胺类作固化 剂，最广泛，较脆。 4、聚氨酯树脂：能吸收大量能量，可迅速固化，粘结 强度较高。
常用弹性体：天然胶，聚丙烯类，嵌段共聚物如 SBS。
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常用增粘剂：松香酸，海松酸，α-松烯或β-松烯。 具有类似树脂性质，其玻璃化转变和软化温度要高于室 温。
剥离、粘性和剪切三者性能需合理平衡。粘性时间 长，剥离时间短，粘性要能表现液体特性，剥离要能表 现固体特性，而弹性体满足这种性能。